KR100541168B1 - 다중 밴드 헬리컬 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 다중밴드 헬리컬 안테나는 기판; 상기 기판의 개구된 부분에 고정되는 헬리컬; 상기 헬리컬이 감겨서 고정되는 보빈; 상기 헬리컬의 하측에서 상기 헬리컬과 전기적으로 연결되는 스터드; 상기 보빈의 내부에 삽입되어 상기 헬리컬과의 사이에 정전용량이 발생되도록 하는 급전부; 및 상기 헬리컬에 전기적으로 연결된 상태에서, 상기 기판에서 일정방향으로 연장되는 복수개의 연장신호선이 포함되고, 상기 헬리컬은 피치가 다른 부분이 복수개 존재하고, 피치가 다른 각각의 부분에 상기 연장신호선이 적어도 하나는 연결되고, 상기 급전부와 전기적으로 연결된 상태에서, 상기 기판에서 일정방향으로 연장되는 다른 연장신호선이 포함된다.

본 발명에 의해서 이동 단말기의 외부로 돌출되는 부분이 없이 내장형으로 장착이 가능한 PIFA 형태의 안테나이면서도, 지향성 및 무지향성으로 다중밴드의 주파수가 수신이 가능한 장점이 있다. 그리고, 다양한 방법에 의해서 공진 주파수의 조정이 가능하기 때문에, 다중밴드의 송수신 주파수에 대해서 안테나의 공진 주파수가 정확하게 설정될 수 있는 장점이 있다.

다중밴드, 헬리컬, 안테나

Description

다중 밴드 헬리컬 안테나{Multi-band helical antenna}

도 1은 본 발명의 사상에 따른 다중밴드 헬리컬 안테나의 일부 절개 단면도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중밴드 헬리컬 안테나의 부분 절개 사시도.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중밴드 헬리컬 안테나의 부분 절개 사시도.

도 4 내지 도 6은 본 발명에서 헬리컬과 상기 급전부와 상기 연장신호선을 조절하는 것에 의해서 안테나의 공진 주파수가 조정되는 과정을 설명하는 전압정재파비 선도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2, 3, 13. 52, 53, 81, 100 : 연장신호선 4 : 납땜부

5 : 급전부 6 : 보빈 7 : 헬리컬

9 : 접촉단자 10 : 기판

대한민국특허출원번호: 1020030002971, 발명의 명칭: 듀얼밴드 안테나 및 듀 얼밴드 안테나의 공진 주파수 조정방법

본 발명은 헬리컬 안테나에 관한 것으로서, 다중밴드의 주파수가 수신가능하도록 하여 사용자가 다수의 주파수대에 대하여 편리하게 사용할 수 있는 다중밴드 안테나에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 통신기기의 내에 돌출되는 부분이 없이 내장이 가능하면서 지향성 및 무지향성으로 동작이 가능하는 PIFA(Planar Inverted F Antenna, 평면 역 F 안테나)형태의 평면 안테나에 관한 것이다.

다양한 이동통신 서비스에서는 각각으로 사용할 수 있는 주파수가 정하여져 있고, 서비스의 종류 또는 서비스되는 지역별로 각각의 주파수가 할당되어 사용되고 있다. 예를 들어, 일반 cell 방식의 이동통신기기는 859MHz대의 주파수를 사용하고, PCS방식의 통신기기는 1.805GHz대의 주파수를 사용하고, 블루투스 방식의 통신기기는 2.4GHz대의 주파수를 사용한다.

이와 같이 주파수 대역이 다른 통신 방식이 상호간에 연동되어 사용될 필요가 있는데, 상술된 바와 같이 주파수 대역이 서로 다른 시스템을 연동시켜서 사용이 가능하기 위해서는 단일의 안테나에서 다양한 주파수의 전파가 수신이 가능해야한다. 그렇지 않다면 다른 안테나가 단일의 통신기기에 구비되어야 하는 단점이 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본원발명의 출원인이 기존에 제안한 바가 있는 기술로는 대한민국특허출원번호: 1020030002971, 발명의 명칭: 듀얼밴드 안테나 및 듀얼밴드 안테나의 공진 주파수 조정방법에 의해서 이미 개시된 바가 있다.

그러나, 상기되는 종래기술은 사용가능한 주파수대가 두개가 있기 때문에, 그 사용상의 기능이 두개 주파수 대로 좁아지는 단점이 있고, 이동 단말기의 외부로 안테나가 돌출되는 디자인상의 문제점이 있고, 나아가서 그 제조과정이 재료비가 많이 드는 문제점이 있다.

또한, 듀얼밴드의 주파수 대역에 대해서는 급전부에 의해서 미세하게 주파수가 조절될 수 있지만, 듀얼밴드 이상의 다중밴드의 주파수 대역에서는 정확한 주파수를 설정하기가 어렵기 때문에, 별도의 정합회로를 사용해야 되기 때문에 제조원가가 상승하고 완성품 단계에서 제조상의 어려움이 많은 문제점이 있다.

한편, 근래들어서는 이동 단말기에서 안테나가 단말기의 외부로 돌출되는 것을 막기 위하여 PIFA 형태의 안테나와 같이 소형 평면 안테나가 이동 단말기에 내장되는 형태의 안테나가 제안되고 있다. 그러나, 상기 PIFA 형태 안테나는 지향성을 가지기 때문에, 이동 단말기에서 전방향 통신이 불가한 단점이 있다.

이와 같은 상기 PIFA형 안테나의 문제점을 극복하기 위하여 2개의 PIFA안테나를 단말기의 양측면에 부착하는 형태와, 선형편파에 적합하면서 단말기 상단과 같이 수평면에 장착할 수 있는 방법이 제안되고 있기는 하지만, 그 구조가 복잡해지고, 지향성에 대한 개선이 미흡한 문제점이 있다.

본 발명은 상기되는 문제점을 개선하기 위하여 제안되는 것으로서, 지향성 및 무지향성으로 동작이 가능한 다중밴드 헬리컬 안테나를 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 이동 단말기의 외부로 돌출되는 부분이 없이 내장형으로 장착이 가능한 PIFA 형태의 안테나이면서도, 지향성과 무지향성으로 다중밴드의 주파수가 수신이 가능한 다중밴드 헬리컬 안테나를 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 다중밴드의 송수신 주파수에 대해서, 안테나의 공진 주파수가 정확하게 설정될 수 있도록 하는 다중밴드 헬리컬 안테나를 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기되는 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중밴드 헬리컬 안테나는 기판; 상기 기판의 개구된 부분에 고정되는 헬리컬; 상기 헬리컬이 감겨서 고정되는 보빈; 상기 헬리컬의 하측에서 상기 헬리컬과 전기적으로 연결되는 스터드; 상기 보빈의 내부에 삽입되어 상기 헬리컬과의 사이에 정전용량이 발생되도록 하는 급전부; 및 상기 헬리컬에 전기적으로 연결된 상태에서, 상기 기판에서 일정방향으로 연장되는 복수개의 연장신호선이 포함되고, 상기 헬리컬은 피치가 다른 부분이 복수개 존재하고, 피치가 다른 각각의 부분에 상기 연장신호선이 적어도 하나는 연결되고, 상기 급전부와 전기적으로 연결된 상태에서, 상기 기판에서 일정방향으로 연장되는 다른 연장신호선이 포함된다.

제안되는 본 발명에 의한 안테나에 의해서 통신기기의 내부에 장착이 되면서도 다양한 주파수에 대해서 정확하게 송수신이 가능한 장점을 얻을 수 있다. 그리고, 지향성 및 무지향성으로 안테나가 동작됨으로써 무선통신이 편리하게 수행되는 장점이 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 첨부되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있으나 이또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 사상에 따른 다중밴드 헬리컬 안테나의 일부 절개 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 다중밴드 헬리컬 안테나는 기판(10)과, 상기 기판(10)의 절개홈에 장착되어 무선신호가 송수신되는 헬리컬(7)과, 상기 헬리컬(7)에 연결되고 기판(10)상에 연장되는 연장신호선(1)(2)(3)(13)이 포함된다.

설명되는 바와 같이 구성되는 본 발명의 다중밴드 헬리컬 안테나의 상세구성을 이하에서 설명한다.

먼저, 상기 헬리컬(7)은 헬리컬의 피치가 세개로 구분되어 서로 달라지게 구성된다. 도면을 참조하면 헬리컬(7)의 피치가 가장 좁은 제 1 영역(71)과 헬리컬(7)의 피치가 가장 넓은 제 3 영역(73)과, 헬리컬(7)의 피치가 중간 정도인 제 2 영역(72)이 포함된다. 이와 같이 피치가 다른 헬리컬(7)이 여러개가 연속적으로 존재하게 됨으로써, 다양한 주파수의 무선신호가 송수신될 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

또한, 상기 헬리컬(7)의 하단에는 헬리컬(7)을 고정하는 스터드(12)가 형성 되고, 상기 스터드(12)는 기판(10)의 도선 패턴인 접촉단자(9)에 납땜부(4)에 의해서 전기적으로 연결되어 있다. 그러므로 상기 헬리컬(7)에서 송수신되는 신호는 기판(10)의 외부로 전달될 수 있다. 그리고, 상기 스터드(12)의 상단에는 상기 헬리컬(7)이 감겨서 제공되는 보빈(6)이 놓여있다. 상기 보빈(6)은 보빈(6)의 내부에 놓이는 급전부(5)와 상기 보빈(6)의 외부에 놓이는 헬리컬(7)과의 사이에 놓여서 유전체로서의 역할이 수행된다. 상기 보빈(6)은 이와 같이 유전체로서의 역할이 수행되기 위하여 수지재를 재질로 할 수 있다. 나아가서, 상기 급전부(5)가 절단되는 것에 의해서 급전부(5)의 길이가 상하방향으로 달라지게 함으로써, 상기 헬리컬(7)에 송수신되는 무선신호의 주파수가 미세하게 조절될 수 있다.

또한, 상기 기판(10)에는 나사홀(11)이 제공되어 본 발명의 안테나가 지지되는 이동 단말기 내부의 피설부재에 나사에 의해서 결합될 수 있도록 한다.

또한, 상기 연장신호선(1)은 기판(10) 상의 패턴으로서 다수개가 존재하는데, 먼저 상기 급전부(5)의 상단과 연결되어 급전부(5)에 의한 송수신 신호의 주파수가 미세하게 조절되도록 하는 제 1 연장신호선(1)과, 상기 헬리컬(7)의 제 1 영역(71)과 연결되는 제 2 연장신호선(2)과, 상기 헬리컬(7)의 제 2 영역(72)과 연결되는 제 3 연장신호선(13)과, 상기 헬리컬(7)의 제 3 영역(73)과 연결되는 제 4 연장신호선(3)이 포함된다. 그리고, 상기 연장신호선(2)은 납땜부(4)에 의해서 헬리컬(7)과 연결되어 전기적인 신호가 상호간에 전달될 수 있다. 상기 납땜부(4)는 상기 헬리컬(7)의 각 영역(71)(72)(73)과 기판(10)상의 패턴이 상호 전기적으로 연결되도록 할 뿐만 아니라, 헬리컬(7)이 기판(10)에 고정되도록 하는 역할이 수행되기 도 한다.

또한, 상기 연장신호선은 헬리컬(7)의 전체에 대하여 연결되지는 아니하는 것으로 도시되어 있어서 특정부분의 헬리컬(7)에 대해서는 연결되지 않는 것으로 설명될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 일회의 회전을 포함하는 헬리컬(7)의 전체에 대해서 전기적으로 연결될 수도 있고, 어느 하나의 헬리컬 영역(71)(72)(73)에 연결되도록 할 수도 있을 것이다. 그리고, 상기 연장신호선의 길이와 연장방향이 달라지게 됨으로써, 주파수의 수신상태가 조정될 수 있는 것도 용이하게 짐작될 수 있을 것이다.

또한, 상기 급전부(5)는 상기 보빈(6)의 내부로 일정거리 이격되어 놓이는 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 보빈(6)의 내주면에 급전부(5)가 접촉하여 제공될 수도 있다.

이하에서는 상기 헬리컬(7)의 상태와 신호연장선(1)(2)(3)(13)의 상태가 변경되는 경우에 송수신되는 주파수의 변경되는 양상을 그 경우별로 자세하게 설명한다.

먼저, 상기 헬리컬(7)의 상태가 변경됨에 따른 안테나 동작의 변경에 대하여 설명하면, 상기 헬리컬(7)의 피치가 좁은 상기 제 1 영역(71)의 턴수가 조정되면 다중으로 송수신되는 무선신호 중에서 주파수가 큰 무선신호의 공진 주파수가 조정될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 영역(72)의 헬리컬의 턴수가 조정되면 주파수가 중간 정도에 이르는 무선신호의 주파수가 조정될 수 있고, 상기 제 3 영역(73)의 헬리컬의 턴수가 조정되면 짧은 주파수의 무선신호의 주파수가 조정될 수 있다.

이러한 양상에 의해서 송수신되는 무선신호의 주파수가 조정되고 난 다음에는, 송수신되는 무선신호의 주파수가 미세하게 조정되는 과정이 수행된다. 특히, 본 발명에서 무선신호의 주파수가 미세하게 조정되는 과정은 다수의 방법에 의해서 상호연관되어 수행되는 것에 그 특징이 있다.

먼저, 상기 급전부의 자체적인 길이가 조정됨으로써 저주파 대역의 신호에 대한 게인값이 조절될 수 있는데, 이는 상기 급전부(5)와 상기 헬리컬(7)과의 사이에 형성되는 유전값이 변경되기 때문이다. 그리고, 상기 급전부(5)에서 연장되는 상기 제 1 연장신호선(1)의 길이가 조정됨으로써 저주파 대역의 신호는 다시 한번 미세하게 조정된다.

또한, 상기 제 2 연장신호선(2)과 제 3 연장신호선(13)과 제 4 연장신호선(3)의 길이가 가감되는 경우에는, 송수신 주파수에 대한 정재파비의 선도가 완만하게 제공된다. 그러므로, 정재파비가 끊어짐이나 변화가 없이 연속적으로 형성될 수 있고, 무선신호가 송수신되는데 있어서 지장이 없는 장점이 있다. 한편, 상기 제 2 연장신호선(2)은 상기 제 1 영역(71)에 연결되어 있어서 비교적 저주파 쪽의 무선신호에 대한 신호감도의 개선효과가 있고, 상기 제 4 연장신호선(3)은 상기 제 3 영역(73)에 연결되어 있어서 비교적 고주파 쪽의 무선신호에 대한 신호감도의 개선효과를 얻을 수 있다. 물론, 상기 제 3 연장신호선(13)은 상기 제 2 영역(72)에 연결되어 있어서 중간 주파수 쪽의 무선신호에 대한 신호감도의 개선효과를 얻을 수 있다.

이와 같은 과정에 의해서 본 발명에 따른 다중밴드 헬리컬 안테나의 송수신 주파수가 미세하게 조정될 수 있기 때문에, 원하는 주파수에 대한 안테나의 송수신 상태를 보다 개선할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 헬리컬(7)과 전기적으로 연결되는 연장신호선들은 도선들이 상호간에 영향을 미치게 됨으로써, 안테나의 VSWR값이 좋아지는 장점을 얻을 수 있다.

설명되는 바와 같이 상기 헬리컬(7)의 각 영역에 의해서 복수개의 무선신호가 송수신될 수 있고, 상기 급전부(5)에 의해서 특정 주파수에 대한 수신상태가 개선될 수 있고, 기판(10)에 형성되는 연장신호선(1)(2)(3)(13)각각 및 상기 연장신호선의 상호관계에 의해서도 무선신호의 송수신상태가 변경되는 방향으로 개선될 수 있기 때문에, 안테나의 성능은 더욱 개선될 수 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에서 상기 헬리컬(7)과 상기 급전부(5)와 상기 연장신호선(1)(2)(3)(13)을 조절하는 것에 의해서 안테나의 공진 주파수가 조정되는 과정을 설명하는 전압정재파비 선도이다.

도 4를 참조하면, 헬리컬(7)과 급전부(5)가 조절되지 아니한 상태를 도시하고 있는데, 이들 도면을 참조하면, 안테나의 공진 주파수는 수신 주파수(R1)(R2)(R3)에서 멀리 떨어져서 정확한 수신이 되고 있지 아니한 것으로 알 수 있다. 이 상태에서 안테나의 헬리컬(7)과 급전부(5)를 조절하는 과정에 의해서 공진 주파수가 수신 주파수(R1)(R2)(R3)에 보다 근접하는 것을 알 수 있는데, 도 5에는 안테나의 헬리컬(7)과 급전부(5)가 조절된 상태에서 전압 정재파비 선도가 도시되어 있다.

그러나 상기 헬리컬(7)과 급전부(5)가 조절되더라도 전압 정재파비 선도에는 불연속적으로 수신상태가 변하는 곳에 존재하게 되는데, 이러한 현상을 개선하기 위하여 상기 연장신호선(1)(2)(3)(13)을 적정의 길이로 조절하면 된다. 도 6을 참조하면, 상기 연장신호선(1)(2)(3)(13)이 조정됨으로써 전압정재파비 선도가 수신 주파수(R1)(R2)(R3)의 부근에서 부드럽게 상호 연결되는 것을 볼 수 있다.

설명되는 바와 같은 과정에 의해서 본 발명의 안테나는 원하는 주파수가 올바르게 수신되는 장점을 얻을 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중밴드 헬리컬 안테나의 부분 절개 사시도이다. 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명하면, 다른 부분에 있어서는 원 실시예와 동일하기 때문에 그 자세한 설명을 생략한다. 다만, 다른 실시예에서는 상기 제 1 연장신호선(1)에 정합회로(30)가 추가되는 것이 특징적으로 달라진다.

상기 정합회로(30)는 적어도 컨덴서와 인덕터가 포함되는 소정의 회로구조로서, 상기 기판(10)에는 이들 전기부품이 놓일 수 있는 충분한 공간이 마련될 수 있기 때문에, 송수신 신호의 감도가 개선되는 본 발명의 사상이 더욱 바람직하게 실시될 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중밴드 헬리컬 안테나의 부분 절개 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예는 기판의 대략 중앙부에 헬리컬(7)이 놓이고, 상기 헬리컬(7)의 양쪽 방향으로 연장신호선이 연장된다. 상세하게는 이미 설명된 바와 같이 좌측으로 연장되는 연장신호선(2)(13)(3)과 우측으로 연장되는 연장신호 선(52)(53)(81)이 더 포함된다.

또한, 상기 급전부(5)와 연결되는 연장신호선(1)(100)은 상기 급전부(5)의 상측에서 좌우방향으로 각각 연장되어 있고, 상기 급전부(5)와 상기 연장신호선(1)의 연결되는 접속부에 정합회로(30)가 삽입된다. 그러므로, 상기 급전부(5)에 연결되는 연장신호선(1)은 결국 "T"자 형태로 연장된다.

설명되는 바와 같은 연장신호선(1)(2)(13)(3)(52)(53)(81)이 주파수 조정을 위한 적정의 길이로 절단되는 과정에 의해서, 안테나의 공진 주파수가 보다 정확하게 조정되는 과정을 거칠 수 있다. 다시 말하면, 공진 주파수를 조절하기 위하여 연장신호선을 양쪽에서 각각 절단할 수 있어서, 이동 단말기의 신호상태에 따라서 보다 바람직하게 주파수를 조정할 수 있다. 그리고, 이동 단말기의 구조적인 문제로 인하여 주파수를 조정하고자 할 때, 바람직한 방법을 선정하여 안테나의 수신 주파수를 원하는 방향으로 조정할 수 있다. 특히, 상기 급전부(5)의 연장신호선(1)이 "T"자 형태로 제공되기 때문에, 급전부(5)에 의한 공진 주파수의 조정이 보다 원활하게 되는 장점이 있다.

제안되는 다중밴드 헬리컬 안테나에 의해서 무선신호의 송수신 상태가 보다 바람직하게 개선될 수 있는 장점이 있다. 그리고, 주파수의 조정이 가능하기 때문에, 사용상의 편의성이 개선되는 장점을 얻을 수 있다. 또한, 헬리컬이 기판에 내장되는 형태로 제공되기 때문에 안테나가 이동 단말기의 외부로 돌출됨이 없이 내부에 장착되는 PIFA 형태의 안테나임에도 불구하고, 상기 신호연장선에 의해서 지향성으로 동작이 가능하고, 상기 헬리컬에 의해서 무지향성으로 동작이 가능한 장 점을 얻을 수 있다.

본 발명에 의해서, 지향성 및 무지향성으로 동작이 가능하여 안테나의 사용 중에 방향이 변경되더라도 무선신호의 송수신에 어려움이 없는 장점이 있다.

또한, 이동 단말기의 외부로 돌출되는 부분이 없이 내장형으로 장착이 가능한 PIFA 형태의 안테나이면서도, 지향성 및 무지향성으로 다중밴드의 주파수가 수신이 가능한 장점이 있다. 그리고, 다양한 방법에 의해서 공진 주파수의 조정이 가능하기 때문에, 다중밴드의 송수신 주파수에 대해서 안테나의 공진 주파수가 정확하게 설정될 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 기판;

   상기 기판의 개구된 부분에 고정되는 헬리컬;

   상기 헬리컬이 감겨서 고정되는 보빈;

   상기 헬리컬의 하측에서 상기 헬리컬과 전기적으로 연결되는 스터드;

   상기 보빈의 내부에 삽입되어 상기 헬리컬과의 사이에 정전용량이 발생되도록 하는 급전부; 및

   상기 헬리컬에 전기적으로 연결된 상태에서, 상기 기판에서 일정방향으로 연장되는 복수개의 연장신호선이 포함되고,

   상기 헬리컬은 피치가 다른 부분이 세개 이상 존재하고, 피치가 다른 각각의 부분에 상기 연장신호선이 적어도 하나는 연결되고,

   상기 급전부와 전기적으로 연결된 상태에서, 상기 기판에서 일정방향으로 연장되는 다른 연장신호선이 포함되고,

   상기 헬리컬은 상기 연장신호선에 접촉되어 연결되는 다중밴드 헬리컬 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다른 연장신호선에는 정합회로가 삽입되는 다중밴드 헬리컬 안테나.

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